Анализ видов и количества химических веществ, попавших в скапливающийся полярный снег, может помочь ученым определить и изучить глобальное изменение климата.
Выяснение возраста слоев льда является важной частью любого исследования ледяных кернов, по словам профессора химии Университета штата Южная Дакота Джихонг Коул-Дай. Он возглавляет лабораторию SDSU Ice Core and Environmental Chemistry Lab, которая специализируется на измерении следовых количеств химических веществ в кернах полярного льда, в том числе в участках хрупкого льда. Лаборатория разработала уникальный прибор для проведения автоматизированного и быстрого химического анализа.
Благодаря финансированию Национального научного фонда лаборатория работала над ледяными кернами из Гренландии и Антарктиды. Совсем недавно исследователи участвовали в проекте «Разделение ледяного керна» Западно-Антарктического ледяного щита (WAIS) в 2006-2013 годах, в котором участвовало более 20 университетов и национальных лабораторий.
Измерение следов химических веществ в хрупком льду
Исследователи используют вариации следовых химических веществ для определения возраста льда. Коул-Дай объяснил, что химический анализ тысяч образцов льда дает данные, раскрывающие годовые слои в керне. «Мы создали карту в виде пня, на которой можно увидеть кольца и определить, сколько лет дереву на любой стадии роста».
Точное датирование требует химического анализа всей длины ледяного керна, до нескольких тысяч метров, включая участок, известный как хрупкий лед. Лед в средней части длинного керна хрупок на ощупь из-за пузырьков воздуха под давлением, захваченных льдом.
Для проекта «Западная Антарктида» команда SDSU проанализировала ледяной керн длиной более полумили. Они разрезали ядро на образцы размером с кубики льда, объяснил Коул-Дай. «Это означает тысячи и тысячи образцов».
Ядро длиной в полмили включало участок хрупкого льда. «У него было много трещин, и он мог развалиться на части при отборе проб в лаборатории», - объяснил Коул-Дай. «Это была самая сложная часть с точки зрения анализа».
Их работа над хрупким участком имела решающее значение для точного датирования всего ледяного керна. «Наш анализ хрупкого льда помог определить возраст каждого слоя льда в ледяном керне WAIS Divide», - отметил он. «Мы сделали возможным оглянуться на 70 000 лет назад, не оставив пробела».
Команда использовала специализированный инструмент для анализа ледяного керна менее чем за три года. Если бы это было сделано вручную, анализ занял бы 10 или более лет. «Это большое улучшение», - сказал Коул-Дай.«Наша лаборатория - первая в мире, которая провела детальный химический анализ хрупкой части ледяного керна».
Распутывание истории
Определение точного возраста слоев льда помогло ученым в рамках проекта WAIS Divide обнаружить, что глобальное изменение климата начинается в Арктике и движется на юг. Они сравнили результаты ледового керна Западной Антарктиды с результатами ледового керна из Гренландии в Арктике и показали, что, когда климат Земли колебался между теплым и холодным в последний ледниковый период, потепление началось в Северной Атлантике и распространилось на юг в течение следующего. 200 лет.
Опыт команды SDSU в области химического анализа ледяных кернов привел к еще одному совместному проекту, который начался в прошлом году. «Мы анализируем 1500-метровый ледяной керн с Южного полюса», - пояснил он.
Это даст Коул-Даю и его команде больше возможностей для раскрытия подсказок об изменении климата, записанных в ледяных кернах.«Изучая эти вещи в прошлом очень подробно и системно, мы можем лучше понять, как происходит изменение климата, и попытаться спрогнозировать изменение климата в будущем», - заключил он.